DSP-процессоры: назначение и особенности
DSP-процессоры: назначение и особенности
Большинство из нас в повседневной жизни постоянно сталкивается с различными компьютерными системами: процессорами общего назначения (general-purpose, в основном x86) в ноутбуках и рабочих станциях, их мощными многоядерными версиями в датацентрах, мобильными процессорами в телефонах, многочисленными контроллерами в бытовой технике и на транспорте. Но помимо всех упомянутых вариантов есть ещё одно важное, хотя и редко упоминаемое семейство: цифровые сигнальные процессоры, чаще именуемые Digital Signal Processors или просто DSP.
Именно DSP решают задачи обработки больших объёмов информации в реальном времени, возникающие при передаче данных (звонков и мобильного Интернета) в мобильных сетях, обработке фотографий и восстановлению звука. Даже в топовых телефонах вся эта работа выполняется не на мощных ARM-ядрах, а на специализированных DSP.
В этой статье будет кратко изложена история DSP, их отличие от процессоров общего назначения, особенности их архитектуры, а также будет подробно рассказано о способах оптимизации кода.
История
Первые DSP появились в 1970-х годах. Эти процессоры стали логичным развитием специализированных аналогово-цифровых устройств, предназначенных для обработки речи, прежде всего её кодирования и фильтрации (прорыв в соответствующих научно-технических отраслях стал возможен благодаря спросу на эти технологии в годы Второй Мировой войны). Трудоемкость и сложность разработки устройств под каждую возникающую задачу, а также успехи в развитии электронной базы (широкое распространение технологии MOSFET) и математических алгоритмов (БПФ, цифровая фильтрация) привели к возможности создания универсальных, т.е. программируемых, цифровых процессоров, которые могли быть с помощью программ адаптированы для широкого класса задач. Адаптируемость на практике означала снижение стоимости разработок, сокращение времени выхода на рынок (time-to-market), возможность послепродажного обновления алгоритма для устранения ошибок, возможность поддержки новых требований пользователей. Во многих случаях эти возможности с лихвой компенсировали ухудшение производительности по сравнению со специальными ускорителями.
Рис. 1 Первый крупный успех DSP: планшет Speak&Spell (Texas Instruments, 1978) Рис. 2 С момента появления стандарта GSM DSP являются обязательным компонентом мобильных сетей Рис. 3 Обработка изображений в камерах (дебайеризация, удаление шумов, фильтрация) также выполняются на DSP (источник: https://snapshot.canon-asia.com/india/article/en/5-things-made-possible-with-digic-image-processor)
Из-за необходимости обработки в реальном времени и экономии электроэнергии DSP сильно отличались от процессоров общего назначения. В каком-то смысле они были первым примером программируемых вычислительных ускорителей, т.е. процессоров, максимально эффективно решающих определённый класс задач.
Преимущества DSP
Чем же именно отличаются DSP от обычных мощных процессоров общего назначения, особенно таких мощных как Intel Xeon или Cortex-A, и почему процессоры общего назначения не используют для обработки сигналов? Чтобы ответить на этот вопрос посмотрим на топологию современного процессора от Intel.
Рис. 4 Intel Skylake (источник: https://en.wikichip.org/wiki/intel/microarchitectures/skylake_(client) )
Из рисунка мы видим, что значительная часть площади кристалла отводится не под вычислительные ресурсы, а под сложную логику определения зависимостей, спекулятивного исполнения (out-of-order speculative execution) и составления расписания (scheduling). В сумме накладные расходы приводят к тому, что “КПД” процессора, т.е. энергия, затрачиваемая на выполнение реальных вычислений, составляет менее 1%:
While a simple arithmetic operation requires around 0.5–20 pJ, modern cores spend about 2000 pJ to schedule it.
Conventional multicore processors consume 157–707 times more energy than customized hardware designs.
(из статьи “Rise and Fall of Dark Silicon”, приведённой в списке литературы).
Чтобы сделать сравнение более конкретным, возьмём мощный процессор общего назначения от Intel и мощный DSP фирмы Texas Instruments (например Skylake Xeon Platinum 8180M и TMS320C6713BZDP300):
Источник
Dsp процессор для android
Решил создать тему для выбора Головных устройств на ОС android (далее по тексту ГУ) и детальнее расписать с чего начать Ваш выбор и на что обратить внимание.
В теме обсуждается только выбор ГУ и комплектующие к нему (технические проблемы и их решения обсуждаем в соответствующих профильных темах вашего ГУ).
Если вы хотите выбрать автомобильную акустику (динамики, усилки, сабы и прочее) — перейти по ссылке
Видеокамеры для автомобиля/USB DVR регистраторы — перейти по ссылке
Датчики давления TPMS — перейти по ссылке
В: Помогите, я ничего ни пАнимать!
О: Для начала изучаем шапку этой темы, находим пару тройку вариантов и потом уже задаём вопросы связанные с выбором. В этой теме за вас никто искать ГУ не будет!
Перед запросом на помощь в выборе, укажите на английском языке марку, модель, год вашего авто и по возможности фото вашего штатного ГУ . Это сильно облегчит поиск нужного устройства!
В: А я вот видел что у продавца Mekede уже 11-андроид, брать?
О: 11-го андроид для ГУ ещё не существует. Даже если вы видели скриншот и ваш кум/сосед купил такое ГУ. Фэйк!
В: Я никак не могу определиться с магнитолой, сколько мне брать 2, 3, 4, 6 ГБ ОЗУ?
О: Три правила:
— скупой платит дважды;
— дороже не всегда лучше;
— не бывает идеальных ГУ.
2-4 вполне достаточно. Память ОЗУ забита максимум на 2 ГБ. Брать 6 ГБ абсолютно нет смысла, только если вы не покупаете про запас. Но учитывайте мнение специалиста!
В: А что с 1-2 ГБ совсем тормоза будут?
О: не то что бы уж совсем, но так сказать иногда подождать придется )) Навигация может запаздывать в городе. Но тут еще стоит учитывать, что не столь важно количество ОЗУ, как производительность процессора. Например процессор Spreadtrum (Unisoc) SC9863a (UIS8581A) с 2 ГБ ОЗУ работает быстрее и производительнее чем Rockchip PX5 с 4 ГБ ОЗУ. 1 ГБ не стоит рассматривать в принципе, так как система кушает в среднем 1.5 ГБ ОЗУ!
В: Какой проц мне взять, что бы ничего не лагало?
О: Рассматривать необходимо процессоры PX6, Spreadtrum (Unisoc) UIS7862 или SC9863a (UIS8581A), Qualcomm Snapdragon 450, AC8257. В общем любые 6-8 ядерные процы с 2-4 Гб ОЗУ. Почему стоит выбирать быстрый процессор?
В: Хочу купить ГУ на процессоре PX6, будет ли звук через HDMI?
О: Ответ в посте
В: А мне бы вот «топчик» какой-нибудь бы. Посоветуйте самых серьезных производителей!
О: Не гонитесь за брэндами. Проблемы имеют абсолютно все производители. Не забываем, что это Китай!
В: Teyes стоит дороже чем аналоги. Стоит ли переплачивать?
О: Решать только вам
В: А звук лучше будет чем у моего Pioneer, Alpine, Маяк-412?
О: Скажем так, не хуже, а иногда и лучше. Берите ГУ с DSP (об этом ниже). Все зависит от типа установленного DSP аудио процессора, но прекрасный чип ЦАП можно убить по звучанию плохой схемой или недостаточно хорошей обвязкой (компонентами обеспечивающими его функционирование).
В: Хочу купить устройство ЖимБильСунь за 47$. Подскажите оно будет работать? Мне нужно радио, камера заднего вида и иногда навигация.
О: Будет. Но как устройство за 47$. Не ждите от него звучания, стабильности и качества.
B: У меня Nisan Xtrail T32, Honda Civic . хочу взять универсальную 7 дюймов через переходную рамку .
О: Не портите интерьер салона. Выбираем формфактор
B: У меня отсутствуют кнопки на руле, поэтому хочу ГУ с крутилками.
О: Не обязательно.
В: Хочу подключить газовое оборудование по Bluetooth к магнитоле, помогите выбрать.
О: Абсолютно все китай магнитолы могут делать только две вещи ко каналу Bluetooth — звонки и музыка с телефона, ELM327 (через OBD разъем). ВСЕ! Больше ничего вы не подключите.
Update. На ГУ с процессором UIS 7862 (вероятно также Snapdragon Qualcomm 450, AC8257) все же возможно подключить некоторые Bluetooth устройства.
В: Чем отличаются TEYES CC2 Plus, TEYES SPRO Plus, и TEYES CC3?
О:Ответ в посте
B: Можно ли установить в автомобиле одновременно 2 ГУ?
О: Можно >>>
Первое, что необходимо выбрать это тип процессора и объем оперативной памяти.
Кроме этого, ГУ различаются по версии MCU — это по сути наименование производителя (найти можно в настройках — об устройстве). Перед заказом попросите у продавца скриншот версии MCU либо пробегитесь по отзывам — возможно кто-то выложил фото этого меню.
Учтите, что прошивки из разных тем не подходят друг для друга. Ниже я перечислил самые распространенные процессоры и актуальные на сегодня.
Процессор: Spreadtrum UIS7862 (Unisoc ums512)
Android: 10.0, CPU: 8 ядер (octa cores) 2 ядра ARM cortex A75 + 6 ядер ARM cortex A55
RAM (ОЗУ): LPDDR4 3/4/6 GB, ROM (внутренняя память): 32/64/128.
Новое решение от компании Spreadtrum (наследник процессоров Spreadtrum SC9853). Первое ГУ с 6 ГБ ОЗУ. Самый быстрый согласно тестам в antutu. Самый новый и самый актуальный на сегодня. Нет проблемы перегрева. Куча модифицированных прошивок. Узкий slim корпус, что уменьшает стоимость доставки и доступность установки в авто. Имеет встроенный слот SIM-карты для интернета, поддержка 4G LTE. Умеет выполнять звонки через симку и отправлять/принимать текстовое SMS сообщения. Поддерживает работу одновременно 4-х камер (система кругового обзора 360 — доп опция), AHD камеры и wifi 5 ггц.
По моему мнению очень достойный вариант. Рекомендации при выборе и покупке ГУ на этом проце >>>
— Общая тема на форуме (платформа FYT)
— Teyes SPRO+/CC2+/СС3 и Kingbeats K2+ (платформа FYT, но со своей защитой «лицензионного» софта. Коммерческий проект бизнесменов из РФ)
— WINCA (Farcar S400) FYT53
— TS10 (платформа Topway )
Процессор: Spreadtrum SC9863a (Unisoc UIS8581A)
Android: 10.0, CPU: 8 ядер (octa cores) ARM cortex A55.
Техпроцесс 28 nm
RAM (ОЗУ): LPDDR4 2/4 GB, ROM (внутренняя память): 32/64.
Новое решение от компании Spreadtrum — младший брат процессоров UIS7862.
Имеет встроенный слот SIM-карты для интернета, поддержка 4G LTE. Умеет выполнять звонки через симку и отправлять/принимать текстовое SMS сообщения. Поддерживает работу одновременно 4-х камер (система кругового обзора 360 — доп. опция!), AHD камеры.
Из отличий по сравнению с UIS7862, я заметил только: сам собственно проц, отсутствие оптического и коаксиального выхода, DSP 38 и может быть другой блютуз модуль и усилок (зависит от производителя).
ГУ на этом проце по состоянию на начало осени 2021 года только начинают появляться на рынке.
— Общая тема на форуме (платформа FYT)
— TS18 (платформа Topway)
Процессор: RockChip PX6/RK3399
Android 8.1., 9.0., 10. Шести ядерный (четыре ядра Cortex A-53 частотой 1.5 ГГц, два ядра Cortex A-72 @1.8 ГГц) 2, 4 ГБ ОЗУ, памяти 32-64 ГБ.
Очень шустрый проц (второй после UIS7862). Имеет HDMI видеовыход. Проц обкатан пользователями вдоль и поперек, имеет кучу прошивок, в том числе и модифицированных (с рут правами, гибкими настройками, полным русским переводом, и кучей полезностей).
Темы на форуме на этом проце:
— MCU MTCD/E/P_ХХХ)
— MCU STM 32 — 20190622 — 11 — KC6 — 26)
— MCU: TP67G1D
Процессор: RockChip PX5/RK3368 (8 ядер частотой 1.5 ГГц) android 8.1., 9.0., 10. 4 ГБ ОЗУ, 32/64 памяти.
Относительно шустрый и популярный (но Яндекс уже подтупливает). Проц обкатан пользователями вдоль и поперек, имеет кучу прошивок, в том числе и модифицированных (с рут правами, гибкими настройками, полным русским переводом, и кучей полезностей).
Темы на форуме на этом проце:
— MCU MTCD/E/P_ХХХ)
— MCU CSN2 (призводитель Klyde)
— MCU TP6735
— MCU S32F0_XinRC ; S32F0_LingYun
— MCU «Дата-Время-KYD-XX»
Процессор: RockChip PX30/RK3326 (4 ядра частотой 1.5. ГГц) Android 8.1., 9.0, 10, 2 ГБ ОЗУ, 16/32 памяти. Эконом вариант, хватает на сегодня для выполнения большинства задач (навигация, интернет, музыка и т.д.). Многие жалуются на отставание в работе навигационных программ на этом проце. Но не могу более рекомендовать уже этот проц — устарел, медленный.
Проц обкатан пользователями вдоль и поперек, имеет кучу прошивок, в том числе и модифицированных (с рут правами, гибкими настройками, полным русским переводом, и кучей полезностей).
Ценник не маленький, поэтому можете глянуть на процы производства Mediatek (начали активно появляться на рынке) как альтернатива.
Темы на форуме на этом проце:
— MCU MTCE
— MCU: TP67G1D.
Процессор: Spreadtrum SC9853I (Intel) восьмиядерный, 4 ГБ ОЗУ.
Имеет встроенный слот SIM-карты для интернета, поддержка 4G LTE. Третий по скорости после PX6 (по данным antutu).
Проц обкатан пользователями вдоль и поперек, имеет кучу прошивок, в том числе и модифицированных (с рут правами, гибкими настройками, полным русским переводом, и кучей полезностей).
Темы на форуме на этом проце (MCU очень разные):
— Головные устройства Spreadtrum SC9853I-IA 64 бит — общая тема
— ГУ Teyes и — KingBeats K1 PLUS
— ГУ Sinosmart
— Topway (Ownice серия K6, ISUDAR серия H53, Kaier)
По состоянию на конец лета 2020 года китайские производители прекращают производство ГУ на этом процессоре (санкции). На смену ему приходит более мощный брат близнец UIS7862
Процессор Qualcomm Snapdragon 450 8 ядер 64 бит ARM-Cortex A53 1,8 ГГц) Android 10.
Встроенный DSP модуль. 95 000 баллов в тесте antutu. Поддержка sim карт и системы кругового обзора 360. Очень свежее решение, практически ещё нет владельцев в теме. Каких-либо мод прошивок на этом процессоре не существует. По моему личному мнению, очень неплохой вариант.
Тема на форуме
Процессор AC8257 (Android 10, 4 ядра или 8, 2200 Мгц (или 2500), архитектура: Cortex-A53, ОЗУ: 2, 4 GB, встроенная память 32-64 GB. Имеет встроенный слот SIM-карты для интернета (доп. опция), поддержка 4G LTE. Поддерживает работу одновременно 4-х камер (система кругового обзора 360 — доп. опция), AHD камеры и wifi 5 ггц. Bluetooth может выходить в инет и передавать файлы! Каких-либо мод прошивок на этом процессоре ПОКА не существует.
Тема на форуме
Тема на форуме #2 продавцы BOSION, Eunavi
Процессор MT/AC8227L (часто в описании на Али — M188G, L) 4 ядра тактовой частотой 1.2 ГГц 1-2 Гб ОЗУ, фэйковые 8, 9, 9.1. 10, 11 андроид и типа с DSP. Проц от дочки компании Mediatek. Дешевый вариант в ценовом диапазоне 50-150$, за эти деньги вы можете взять только ГУ на этом проце. При определенных доработках и допилах можно юзать (рекомендую сразу отдельно заказать микросхему усилителя и радиомодуль для замены).
Темы на форуме на этом проце:
— Тема на форуме
— Тема на форуме 2 (Wonderfoo)
— Тема на форуме 3 (Mekede)
Отдельно стоит отметить вот такие Android коробочки, которые подключаются к штатному USB через интерфейс CarPlay — тема на форуме.
Остальные, менее популярные процессоры вы можете посмотреть по ссылке.
65 000;
Spreadtrum SC9853I (Intel)
Источник
